实验一 反激式电流控制开关稳压电源
一、实验目的
(1)了解单管反激式开关电源的主电路结构、工作原理。 (2)测试工作波形，了解电流控制原理。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 5 型 号 DJK01 电源控制屏 DJK09 单相调压与可调负载 双踪示波器 万用表 自备 自备 备 注 该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块。 DJK23 单端反激式隔离开关电源 三、实验线路及原理
单管反激式开关电源原理电路如图4-10所示。
图4-10 单管反激式开关电源原理图
交流输入经二极管整流后的直流电压Udc经变压器初级绕加到功率三极管Q1之C极，同时经电阻R9、R10加到Q1之b极使Q1开通。Udc电压加到变压器初级使磁通逐渐上升，初级电流也线性增大，变压器反馈绕组3－4上的感应电势的极性使Q1的b-e之间正向偏置增大，使Q1完全饱和导通，这是一个正反馈自激过程。
Q1饱和导通之后变压器初级承受Udc电压，变压器磁路中的磁通Φ正比于Udc*t中的伏秒积分，t是Q1开通的时间长度。在变压器磁通达到饱和值之前，Φ是线性增长，Q1中的电流是线性增长。为了保证Q1中的电流不超过其元件最大值，因此必须将此电流在适当的时候进行切断，这个电流峰值的控制由三极管Q2实现。当R7中的电流大到一定允许值Q2导通，强迫将Q1之b极变为零电平，使Q1关断，而Q2的通断受三极管Q4的通断来控制；而Q4的通断由三极管Q3和4N35中的三极管的导通情况来决定。Q3的通断由来自电流
反馈采样电阻R7上的电压来控制。当R7上的电流大到一定值，使Q3的b-e极正偏加大，使Q3导通。
本线路对 5V直流输出电压有自动稳压调节功能，当负载减小5V输出电压增大时，输出电压的采样电阻分压后加到TL431的R端的电压增大。由TL431的作用原理可知其C端电压会自动下降，结果造成4N35的二极管中电流增大，从而使4N35的三极管的等效内阻减小，结果使Q4提前导通最终使Q1提前关断，即负载减小时Q1的开通/关断占空比减小，这从Q1-e极的波形可以明显看到。当输入交流电压减小，Udc下降时，Q1导通后变压器中的磁通上升速率减小，结果Q1的开断周期延长。开关频率下降，例如从180V AC输入时的62KHz下降到100V AC输入时的44.8KHz。
当Q1中的电流被切断之后，变压器电感贮能释放，磁通下降，变压器副边绕组的感应电势经整流滤波后输出。这就是一般反激式（Fly back）的原理。
TL431的原理框图如下：
图4-11 TL431的原理图
C3R5D1R8为缓冲电路，减小Q1关断时Q1管c-e极的电压。 四、实验内容
(1)电路波形的测试。
(2)输入电压变化时主电路波形的测试。 (3)输出负债电流变化时主电路波形的测试。 (4)开关电源稳压特性的测试。 五、思考题
(1) 什么叫反激式开关电源，它与正激式有何区别？ (2)什么叫自激式与他激式开关电源？
(3)变压器的磁路在制作时为什么必须留有气隙？ (4)开关管的选择原则是什么？ 六、实验方法 (1)系统接线：
①将DJK09的交流调压输出接至DJK23的交流输入端。 ②将DJK09上的两个电阻并接成可调负载电阻。 (2)波形观察
①接入DJK09单相自藕调压器的220V交流电源，并开启DJK01控制屏的电源开关。 ②调节DJK09的交流输出为180V，并调节DJK09上的负载电阻，使DJK23上5V直流输出的电流为2A。
③用示波器观测电路相应各点的波形。
Q1的e极（即电流采样电阻R7两端）的波形 三极管Q1的b级波形
变压器反馈绕组3－4端的电压波形 三极管Q2的b级波形 三极管Q3的b级波形
A端2.495VR端C端+-CRA三极管Q3的C级波形
开关频率与占空比的测定并记录数据
④改变交流输入电压为100V，负载不变，重复步骤③。
⑤令5V直流输出负载电流为0.3A，交流输入为180V，重复步骤③。 (3)开关电源稳压特性的测试
①保持负载不变（5V、2A；±12V，0.5A），改变DJK23的交流输入电压，从70V~250V，测定5V和12V直流输出电压的变化及纹波系数。
②保持DJK23交流输入电压不变，改变负载从(5V,0.15A~2.6A；±12V，0.15~0.5A)，测定5V和12V直流输出电压的变化及纹波系数。
七、实验报告
(1)整理典型情况下的各点波形。 (2)说明电流控制原理。
(3)分析5V直流输出负载变化时输出电压不变的原理？
(4)当12V直流输出的负载改变时，输出12V电压能够保持不变吗？为什么？ (5)分析交流输入电压改变时，5V直流输出电压保持不变的原理？ 八、注意事项
(1)交流输入电压必须大于60V，小于250V。
(2)用示波器观察电路波形时，必须要注意共地问题。
(3)＋5V的最大负载电流为5A，±12V的最大负载电流为1A。
实验二 PS-ZVS-PWM软开关技术实验
一、实验目的
(1)熟悉移相控制零电压开关PWM(PS-ZVS-PWM)的结构与工作原理。 (2)了解全桥软开关电源移相PWM控制芯片的使用方法和工作原理。 二、实验所需挂件及附件 序号 1 2 3 4 型 号 DJK01 电源控制屏 DJK24 PS-ZVS-PWM软开关技术 双踪示波器 万用表 J2备 注 自备 自备 三、实验线路及原理 U2D2VCC12C6E6C13D4Q1Q3L2R18R14L1R17T1D9D5Q2R19R15R16R20D6D7D8C14D10L3R25Q4C16C17C18RLR28C8123BHBBHIDISVssBLIALIAHIHDELLDELAHBBHOBHSBLOBLSVddVccALSALOAHSAHO20191817161514131211 OUTC4567OUTDOUTBOUTAR1089R11R2910R21D12C9D3C21R23R31R2U112EANEAOUTRAMPREFGNDSYNCCTRTDELABDELCDEAPSS/DISBOUTAOUTBPGNDVDDOUTCOUTDCSADS20191817161514131211VCCOUTCOUTDOUTAOUTB
R4R5C3C10R24C11R30D11C123U3R27C11U42345R26C4678910R7R6R8C20图4-31 实验线路图
实验线路主要有控制电路、驱动电路、移相控制零电压开关PWM (PS-ZVS-PWM)变换器和稳压反馈电路组成。
1、PS-ZVS-PWM变换器简介
PS-ZVS-PWM变换器利用变压器的漏感或原边串联电感和功率管的寄生电容或外接电容来实现零电压开关，它的电路结构及主要波形如图4-32所示。
Q Q1
Q4Q3Q1tQ1D1Q2C1D2C2Q2I2Q4tVABiP I1VINQ3ABQ4C3D3D4C4 VIN0 VINLrtLfTRDR1Ls1Ls2
VrectiPCfDR2RLd
V /KINt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13t0图4-32 主电路结构和主要波形
其中，D1∽D4分别是Q1∽Q4的内部寄生二极管，C1∽C4分别是Q1∽Q4的寄生电容或外接电容。Lr是谐振电感，它包括了变压器的漏感。每个桥臂的两个功率管(Q1、Q3和Q4、Q2)成180°互补导通，两个桥臂的导通角相差一个相位，即移相角，通过调节移相角的大小来调节输出电压。Q1和Q3分别超前于Q4和Q2一个相位，称Q1和Q3组成的桥臂为超前桥臂，Q4和Q2组成的桥臂为滞后桥臂。
在一个开关周期中，PS-ZVS-PWM全桥变换器有12种开关状态。假设： ①所有元器件均为理想器件； ②C1=C3=Clead，C2=C4=Clag；
2
③Lf》Lr/K，K是变压器原副边匝比, Lf为输出电感。
图4-33到图4-39给出了该变换器在不同开关状态下的等效电路。各开关状态的工作情况描述如下。
（1）开关模态0
在t0时刻，对应于图4-33。Q1和Q4导通。原边电流由电源正经Q1、变压器原边绕组、谐振电感Lr以及Q4，最后回到电源负。副边电流回路由副边绕组Ls1的正端，经整流管DR1、输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cf与负载RL，回到Ls1的负端。
VINQ1D1C1Q2D2C2AQ3D3C3Q4BD4C4
Lr
iPLfTRLs1Ls2DR1CfDR2RL图4-33 开关模态0 (2) 开关模态1
[t0∽t1],对应于图4-34。在t0时刻关断Q1，原边电流从Q1中转移到C3和C1支路中，C1
充电，C3放电。由于C1的存在，Q1是零电压关断。在这个时段里，谐振电感Lr和滤波电感Lf是串联的，而且Lf很大，因此可以认为原边电流ip近似不变，类似于一个恒流源。
现代电源技术实验
